LNG冷能利用工艺技术研究

丁 乙 朱建鲁 王雨帆

1.中国石化青岛液化天然气有限责任公司, 山东 青岛 266400;2.中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院/山东省油气储运安全省级重点实验室/青岛市环海油气储运技术重点实验室, 山东 青岛 266580;3.青岛能源华润燃气有限公司, 山东 青岛 266000

LNG冷能利用工艺技术研究

丁 乙1朱建鲁2王雨帆3

1.中国石化青岛液化天然气有限责任公司, 山东 青岛 266400;2.中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院/山东省油气储运安全省级重点实验室/青岛市环海油气储运技术重点实验室, 山东 青岛 266580;3.青岛能源华润燃气有限公司, 山东 青岛 266000

0 前言

1 LNG冷能用于轻烃分离

1.1 工艺流程

LNG冷能用于轻烃分离的流程见图1。图1储罐中的低压富LNG经泵升压至2.0 MPa,再经HEX 1、HEX 2两级换热,温度升高至-101 ℃左右,闪蒸出富含CH4的天然气(物流5),通过HEX 1与富LNG换热而液化,再增压到3.3 MPa。闪蒸塔底部富含C2+轻烃的LNG(物流8)利用脱甲烷塔进料泵将压力提高至3.0 MPa,预热至-84 ℃左右进入脱甲烷塔。脱CH4塔塔顶得到富CH4天然气(物流11),经HEX 2换热液化后增压至3.3 MPa,一部分送至脱甲烷塔塔顶作为回流,其余部分与加压后的闪蒸CH4液体(物流7)混合,利用泵增压至管输压力后(物流16)进汽化器。脱甲烷塔塔底得到C2+轻烃,节流降压至1.5 MPa左右进入脱乙烷塔,在脱乙烷塔塔顶得到气相C2H6(物流21),进入HEX 3中吸收脱甲烷塔进料的冷量而被冷凝,一部分送至脱乙烷塔塔顶作为回流,其余部分(物流26)送至储罐作为C2H6产品,压力1.3 MPa。塔底得到C3+(LPG)产品(物流27),压力1.34 MPa,节流降至常温后外输到储罐中。

图1 LNG冷能用于轻烃分离的流程

1.2 流程模拟分析

表1 某大型LNG接收站的LNG组成

组成含量x/(%)C18677C2813C3367iC4055nC4055iC5005nC5005C6001N2022合计100

表2 轻烃分离流程的模拟结果

项目富LNG贫LNGC2H6LPG温度/℃-1610-1003-49844654压力/MPa010180130134质量流量/(t·h-1)22831739258286

表3 轻烃分离流程的模拟设备能耗

kW

DK=∑EXin-∑EXout

(1)

(2)

1.4 工艺参数敏感性分析

主要分析工艺流程对原料气物性变化的适应性以及系统参数的操作弹性。敏感性分析时,只变动进行分析的参数值,其余值不变。

1.4.1 闪蒸塔入口温度的影响

闪蒸塔入口温度/℃

闪蒸塔入口温度/℃图2 闪蒸塔入口温度对流程性能的影响

1.4.2 脱甲烷塔塔顶压力的影响

脱甲烷塔塔顶压力/MPa

脱甲烷塔塔顶压力/MPa图3 脱甲烷塔塔顶压力对流程性能的影响

1.4.3 脱C2H6塔塔顶压力的影响

脱乙烷塔塔顶压力/MPa

脱乙烷塔塔顶压力/MPa图4 脱乙烷塔塔顶压力对流程性能的影响

2 冷能利用工艺集成

对轻烃分离与橡胶粉碎冷能利用进行工艺集成。

2.1 流程集成

低温粉碎技术中废旧橡胶的脆化温度约-70 ℃以下,与贫LNG的温度(-100 ℃左右)比较匹配,因此可将贫LNG的冷能用于废旧橡胶低温粉碎中，轻烃分离与低温粉碎集成流程见图5，如图5所示,将橡胶粉碎装置接驳在贫LNG原汽化流程上,贫LNG吸收热量汽化升温,达到供气温度和压力的要求进入外输管网供用户使用。当出现紧急情况如橡胶粉碎装置(LNG冷能回收系统)发生故障不能正常运转或者进行正常停工检修时,立即关闭阀V2,打开阀V1,贫LNG全部由海水汽化器汽化外输,以保证供气的安全和稳定；同时,橡胶粉碎装置切换至电压缩制冷系统,保证装置的稳定用冷。当橡胶粉碎装置的用冷负荷超出贫LNG供应的冷量时,也可以开启电压缩制冷系统来补充供冷,保证尽可能地利用LNG冷能的同时,又不影响冷能用户用冷。考虑到安全问题,橡胶粉碎装置中利用N2作为中间冷媒回收贫LNG的冷能[13],N2与贫LNG换热后,再送入冷冻室、低温粉碎机和预冷室中提供冷量。

图5 轻烃分离与低温粉碎集成流程

2.2 流程模拟分析

假设分离轻烃得到173.9t/h、-100 ℃左右的贫LNG冷能全部用于橡胶粉碎,N2由常温冷却到-95 ℃,对贫LNG与N2的换热过程进行模拟计算可知,需要N2758.9t/h。按照生产1t胶粉耗用低温N21.5t计算,约可生产胶粉505.9t/h。如果采用膨胀制冷来提供橡胶低温粉碎的冷能,生产-95 ℃低温N2约耗电45kW·h/t,则每吨贫LNG用于低温粉碎可节省制冷用电196.38kW·h,节能效果显著。

3 结论

2)提出了轻烃分离与橡胶粉碎相集成的LNG冷能梯级利用流程,将分离出轻烃的贫LNG冷能用于橡胶低温粉碎装置,每吨贫LNG可节省制冷用电196.38kW·h,节能效果显著。

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10.3969/j.issn.1006-5539.2016.05.006

2016-02-01

山东省优秀中青年科学家科研奖励基金(BS 2014 ZZ 009)；青岛市应用基础研究计划项目(14-2-4-81-jch)

丁 乙(1980-),男,湖北黄冈人,高级工程师,工程硕士,主要从事液化天然气接收站运行管理、技术研究工作。